(57)【要約】【課題】トナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などの帯電効率を低下させる要因に対処し、多数枚の画像形成でも、均一に感光体表面を帯電できるようにした帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することが課題である。【解決手段】感光体と周速比を持たせて回転しながら感光体に接触して感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラを備えた画像形成装置において、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性をトナーとは逆極性の材料で構成し、上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集するようにした。【選択図】図３
2007094166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式でトナー画像を形成、担持する感光体と、前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラとを備えた画像形成装置において、
前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を前記トナーとは逆極性の材料で構成し、前記帯電ローラへの帯電用電圧非印加時、前記上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記感光体の回転方向下流側に設けた帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性、若しくは前記上流側帯電ローラにおける帯電極性とトナーの帯電極性の間に設定することを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
【請求項３】
前記帯電ローラに印加する帯電バイアスを直流に交流を重畳して構成し、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける交流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する交流電圧値より大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載した画像形成装置。
【請求項４】
前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける直流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する直流電圧値より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に係り、特に、帯電ローラを用いて感光体を帯電させるようにした画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置においては、感光体表面の帯電装置による帯電、画像データに基づく露光、該露光によって形成された静電潜像の現像装置による現像、現像により形成されたトナー画像の用紙への転写、加熱によるトナー画像の用紙への定着などの工程によって画像形成が行われる。
【０００３】
このうち、感光体表面を帯電するための帯電装置として従来では、コロトロンやスコロトロン等のコロナ放電を用いた帯電装置が多く用いられていたが、これらの装置は環境に悪影響を与えるオゾンの発生量が多く、最近はこのオゾンが環境面から問題とされるため、オゾン発生量の極めて少ない帯電ローラ方式が主流になりつつある。
【０００４】
しかしながら帯電ローラ方式は、クリーニング部材をすり抜けてくるトナー、及び、トナーへの外添剤であるシリカや、感光体表面を研磨するための研磨剤としてのアルミナ、酸化チタン、また用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリン等が帯電ローラ表面に付着し、表面抵抗が上昇して帯電効率が低下するため、例えば３０万枚という多数枚の画像形成を行う画像形成装置においては、寿命の点で問題がある帯電方式である。
【０００５】
このような問題に対処するため例えば特許文献１、及び特許文献２には、帯電ローラにおける感光体の回転方向上流側に、帯電方向の電界が生じるように電圧が印加されたクリーニング部材を設ける（特許文献１）ことや、同じく回転方向上流側に、交流電圧に直流電圧を印加した帯電ブレードを設ける（特許文献２）ことなどが提案されている。
【０００６】
また帯電ローラ方式は、感光体と接している帯電ローラによって作られるニップの、回転方向両端部における微小空隙での放電によって感光体表面に電荷を与えることから、スコロトロン帯電方式と比較すると帯電効率が低く、均一に帯電させるのが難しいという問題もある。
【０００７】
そのため、帯電ローラの外径を大きくして微小空隙範囲を確保する、あるいは特許文献３に示されているように、帯電ローラを複数本配置することによって帯電効率を確保し、さらに感光体への帯電を均一化するということが行われている。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２３２８４３号公報
【特許文献２】特開平９−２８１７７３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び２に提案された技術では、クリーニングブレードや帯電ブレードを通り抜けるトナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料が存在し、多数枚の画像形成では、帯電ローラの表面抵抗が上昇して帯電効率が低下してしまう可能性がある。
【００１０】
また、特許文献３には、帯電ローラと電位ならしローラに導電性の弾性ローラを用いることが記されてはいるが、この帯電ローラ表面に付着するトナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などに対処することについては記載が無く、前記したような３０万枚という多数枚の画像形成において帯電効率を保持することは難しい。
【００１１】
そのため本発明においては、トナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などの帯電効率を低下させる要因に対処し、多数枚の画像形成でも、均一に感光体表面を帯電できるようにした帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明における画像形成装置は、
電子写真方式でトナー画像を形成、担持する感光体と、前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラとを備えた画像形成装置において、
前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を前記トナーとは逆極性の材料で構成し、前記帯電ローラへの帯電用電圧非印加時、前記上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集することを特徴とする。
【００１３】
このように上流側帯電ローラの表面層構成材料の帯電極性をトナーとは逆極性とすることにより、前記したクリーニング部材をすり抜けてくるトナーやトナーへの外添剤、感光体表面の研磨剤などの帯電ローラ表面汚染物質は、その殆どがトナーと同極性であるから、これら帯電ローラ表面の汚染物質は上流側帯電ローラで捕集され、下流側帯電ローラの表面は長期にわたって清浄に保たれて所定の帯電極性を維持でき、均一に感光体表面を帯電できる画像形成装置を提供することができる。
【００１４】
そして、前記感光体の回転方向下流側に設けた帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性、若しくは前記上流側帯電ローラにおける帯電極性とトナーの帯電極性の間に設定することで、例え上流側帯電ローラをすり抜けた帯電ローラ表面の汚染物質が有ってもそれらの汚染物質は下流側帯電ローラに捕集されることが少なく、下流側帯電ローラの表面は、より長期にわたって清浄に保たれて所定の帯電極性を維持でき、均一に感光体表面を帯電できる画像形成装置を提供することができる。
【００１５】
そして、前記帯電ローラに印加する帯電バイアスを直流に交流を重畳して構成し、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける交流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する交流電圧値より大きくするようにして、回転方向上流側に設けた帯電ローラの電気的な回収力をあげるようにしても良い。この場合、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける直流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する直流電圧値より大きくしてもよく、両者を併用することで、より電気的な回収力を上げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、クリーニングブレードをすり抜けた外添剤等は、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラで回収されるから、回転方向下流側帯電ローラへの外添剤付着が軽減され、長期にわたって安定した帯電極性能を有する画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
図１は、本発明の画像形成装置における、感光体ドラム１１とその周辺に配される画像形成プロセス手段の概略を示した図である。例えばアモルファスシリコン感光体を用いた感光体ドラム１１の周囲には、矢印で示した回転方向に添って、２つのローラ（Ａ）１４、ローラ（Ａ）１４に対して感光体ドラム１１の回転方向下流側に配したローラ（Ｂ）１３からなって感光体ドラム１１の表面を帯電させる帯電ローラ、さらにその下流側に画像データに基づいて感光体ドラム１１に対する露光を行ない、静電潜像を形成するための露光器１５、露光によって形成された静電潜像を現像するための現像器１７、現像によって形成されたトナー画像を用紙に転写するための転写手段である転写ローラ１９、トナー画像を用紙に転写した後に感光体ドラム１１上に残ったトナーをクリーニングするクリーニングローラ２５、クリーニングブレード２１、そして感光体ドラム１１上に残った電荷を除去するためのイレース手段２３などが設けられている。
【００１９】
このうち、例えばアモルファスシリコン感光体１１は、外径３０ｍｍでアモルファスシリコンの膜厚を２０μｍとし、長さをＡ４対応に２５４ｍｍとして周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃに設定してある。帯電ローラ１３、１４は、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍで、外径が６ｍｍの芯金の周囲に導電性としたゴムを巻回してあるものを使用し、感光体ドラム１１の表面電位が約２５０Ｖになるよう、４００Ｖの直流（ＤＣ）に、１．４ＫＶで周波数１．５ｋＨｚの交流（ＡＣ）を重畳して印加してある。
【００２０】
そして画像形成に当たっては、まず、アモルファスシリコン感光体ドラム１１の表面を、前記したようにＤＣにＡＣを重畳させたバイアスを印加した帯電ローラ（Ｂ）１３、（Ａ）１４によって帯電させ、次に印字データに基づいて変換した光信号を用いて露光器１５によって露光して潜像を形成する。そしてその潜像を、現像器１７によって現像してトナー画像として顕像化し、転写ローラ１９によって用紙に転写した後、図示していない定着装置に搬送してトナー画像を定着する。このとき、転写されずに感光体ドラム１１上に残った残トナーは、クリーニングローラ２５及びクリーニングブレード２１で感光ドラム１１表面より除去され、その後廃棄トナーボトルへ搬送され、感光体ドラム１１上に残った電荷は、イレース手段２３によって除去される。
【００２１】
このように、複数の帯電ローラ（Ｂ）１３、（Ａ）１４を用いたシステムでは、通常、感光体ドラム１１における回転方向上流側に配置された帯電ローラ（Ａ）１４は、感光体ドラム１１表面電位のならしローラとして使用され、最終的に感光体表面に均一の電荷を供給するのは、感光体回転方向下流側に配置された帯電ローラ（Ｂ）１３の性能に大きく依存している。
【００２２】
そのため、帯電ローラ（Ａ）１４を感光体ドラム１１における表面電位のならしローラとした場合には、帯電ローラ（Ｂ）１３に印加される直流に交流を重畳したバイアス電圧（本例では一例としてＶｄｃ＝４００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．４ＫＶ）で決定される感光体の表面電位に対し、比較的近い表面電位設定ができる印加電圧を帯電ローラ（Ａ）１４に供給すればよく、帯電ローラ（Ａ）１４側は、前記したように所定電圧まで表面電位を上昇できれば、特に印加する電圧を規定する必要はない。
【００２３】
本発明においては、このように帯電ローラ（Ｂ）１３が均一帯電に対する依存度が大きいことに注目し、帯電ローラ（Ａ）１４における少なくとも表面層構成材料の帯電極性をトナーとは逆極性の材料で構成したものである。
【００２４】
すなわち、クリーニング部材をすり抜けてくるトナー、及び、トナーへの外添剤であるシリカは、トナーの流動化剤として用いられる他、トナーの帯電量調整として使用されるため、通常トナーのバインダ（原粉）と同極性の帯電性を有したものを使用する。また研磨剤においてもトナーの帯電を阻害させないため、通常は同極性、あるいはほとんど帯電を持たない導電性のものが使用される。
【００２５】
従って、帯電ローラ（Ａ）１４の少なくとも表面層構成材料の帯電性をトナーと逆極性にすると共に、帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３への帯電用電圧非印加時、感光体ドラム１１と帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３を動かすことにより、クリーニングをすり抜けてきたトナー及びトナーの外添剤を静電的に帯電ローラ（Ａ）１４の表面に回収することが可能である。
【００２６】
すなわち、例えばトナーが＋帯電トナーである場合、帯電ローラ（Ａ）１４の少なくとも表面層構成材料の帯電極性を−の材料で構成する。それによって、帯電ローラ（Ａ）１４がより多く帯電ローラ表面汚染物質を捕集することになり、帯電ローラの表面を汚染させる物質の量は一定であるから、それだけ帯電ローラ（Ｂ）１３に向かう表面汚染物質が少なくなるわけである。
【００２７】
また、帯電ローラ（Ａ）１４における構成材料の帯電極性だけをトナーと逆極性（すなわちトナーの帯電極性が＋の場合、帯電ローラの帯電極性を−にする）にするのではなく、帯電ローラ（Ｂ）１３における少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性（すなわちトナーの帯電極性が＋の場合、帯電ローラの帯電極性も＋にする）、若しくは帯電ローラ（Ａ）１４の帯電極性とトナーの帯電極性の中間（すなわちトナーの帯電極性が＋、帯電ローラ（Ａ）１４の帯電極性を−とした場合、帯電ローラ（Ａ）１４の帯電極性よりも＋側にする）に設定することが好ましい。
【００２８】
このようにすると、例え帯電ローラ（Ａ）１４をすり抜けた汚染物質が有っても、それらの汚染物質は帯電ローラ（Ｂ）１３で捕集されることが少なくなり、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面は、より長期にわたって清浄に保たれて所定の帯電極性を維持でき、均一に感光体表面を帯電できる画像形成装置を提供することができる。
【００２９】
そのため本発明者らは、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の材料における帯電極性が、どのようなときに長期にわたって良好な帯電性を維持できるかを調べるため、前記した汚染物質によって汚染されることで、これら帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が増加したとき、感光体ドラム１１の帯電極性にどのような影響を与えるかを検討した。
【００３０】
その結果を示したのが図２のグラフである。この図２のグラフにおいて、横軸は帯電ローラの表面抵抗（単位：ｌｏｇΩ）、縦軸は感光体ドラム１１の表面電位Ｖ０（単位：Ｖ）であり、前記したように感光体ドラム１１の表面電位Ｖ０が約２５０Ｖとなるよう、帯電ローラに４００Ｖの直流（ＤＣ）に、１．４ＫＶで周波数１．５ｋＨｚの交流（ＡＣ）を重畳したバイアスを印加し、帯電ローラの表面抵抗を４．５（ｌｏｇΩ）から７．３（ｌｏｇΩ）程度まで変化させて、感光体ドラム１１の表面電位がどのように変化するか調べたものである。
【００３１】
その結果、帯電ローラの抵抗値が７（ｌｏｇΩ）以上となると放電効率が低下し、感光体ドラム１１の表面電位が低下していることがわかった。すなわちこれは、前記したように３０万枚の印字を行った時点で、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が７（ｌｏｇΩ）以下であれば所定の帯電極性を維持できることを示している。そのため、帯電ローラ（Ａ）１４における、少なくとも表面層構成材料の帯電極性をトナーとは逆極性の−とし、また、帯電ローラ（Ｂ）１３における少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性若しくは帯電ローラ（Ａ）１４の帯電極性とトナーの帯電極性の中間に設定することで、帯電ローラ（Ａ）１４によって表面を汚染させる物質を捕集し、３０万枚の印字を行った後でも、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が７（ｌｏｇΩ）以下となるようにすればよいことを示している。
【００３２】
今、トナーの帯電極性が＋であり、前記したトナーへの外添剤であるシリカや、感光体表面を研磨するための研磨剤としてのアルミナ、酸化チタンなども帯電極性が＋であるとした場合、帯電ローラ（Ａ）１４における、少なくとも表面層構成材料の帯電極性をトナーとは逆極性の−とする材料としては、帯電ローラ（Ａ）１４の表面に導電性テフロン（登録商標）チューブをかぶせたもの、あるいはフッ素樹脂（ＰＴＥＥ）の吹き付けコーティング等により作製が可能である。また、トナーの帯電極性が−の場合、ナイロンチューブやナイロンコーティングに代表される、＋に帯電するものが使用できる。
【００３３】
図３は、正（＋）の帯電極性を有するトナーを使用し、前記したように感光体ドラム１１の周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃとすると共に、帯電ローラ（Ａ）１４の帯電量を、帯電ローラ（Ｂ）１３の帯電量に対して１倍、１．２倍、１．５倍、２倍にし、さらに、帯電ローラの表面汚染物質を捕集するときは、帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３への帯電用電圧を非印加として動かし、１０万枚プリントした後のそれぞれの帯電ローラ表面の抵抗値を示したグラフである。それぞれの帯電ローラ（Ａ）１４と（Ｂ）１３とは、表面にテフロン（登録商標）系の負極性を有したコーティングを施したものを使用して、内添材料の配合比を変化させることで、トナーの帯電極性と同極性としながら帯電ローラ（Ａ）１４と（Ｂ）１３の表面の帯電量を変化させた。
【００３４】
この図３のグラフにおいて、横軸は帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の帯電量比率、縦軸はそれぞれの帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の抵抗値（単位：ｌｏｇΩ）を示し、●は帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗、■は帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗である。なお、両ローラの初期の表面抵抗は５（ｌｏｇΩ）に調整した。
【００３５】
この図３から明らかなように、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の帯電量比率が１．０倍のときは、帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が６．３（ｌｏｇΩ）、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が６．６（ｌｏｇΩ）であまり変わりなく、１．２倍では同じく帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が６．９（ｌｏｇΩ）、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が６．０（ｌｏｇΩ）で少し差が開き、以下、１．５倍では帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が７．４（ｌｏｇΩ）、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が５．８（ｌｏｇΩ）、２倍では帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が８．２（ｌｏｇΩ）、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が５．２（ｌｏｇΩ）となって、帯電量比率が大きくなるほど帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗の上昇率が低くなることがわかる。
【００３６】
すなわち、帯電量比率が１．０倍、１．２倍、１．５倍では、初期の帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗５（ｌｏｇΩ）が１０万枚の印字によって、１．６（ｌｏｇΩ）、１．０（ｌｏｇΩ）、０．８（ｌｏｇΩ）だけ上昇しており、そのまま本願の目的とする３０万枚の印字を行うと、１．５倍でも帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が７．４（ｌｏｇΩ）となって７（ｌｏｇΩ）を越えてしまう。従って、帯電ローラ（Ｂ）１３の初期の表面抵抗（５（ｌｏｇΩ））を３０万枚印字後も維持する、または少なくとも７（ｌｏｇΩ）を越えないようにするためには、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の帯電量比率を２倍以上に設定すればよいことがわかる。
【００３７】
なお、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染を防止する手段としては、第２の実施例として、帯電ローラ（Ａ）１４により、クリーニング手段をすり抜けてきたトナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等の殆どを回収できれば帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染が防げるから、それぞれの帯電ローラ（Ｂ）１３、（Ａ）１４に印加するバイアスを変化させることも考えられる。
【００３８】
すなわち、帯電ローラ（Ｂ）１３に印加する帯電バイアスよりも、帯電ローラ（Ａ）１４に印加する帯電バイアスを大きく設定することにより、クリーニングをすり抜けてきたトナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等に対する電気的な回収力をあげることができる。
【００３９】
具体的には、例えば、帯電ローラ（Ａ）１４に＋３５０ＶのＶｄｃ電圧を、帯電ローラ（Ｂ）１３に＋４５０ＶのＶｄｃ電圧を印加し、前記と同様１．４ＫＶで周波数１．５ｋＨｚの交流（ＡＣ）を印加すると、＋に帯電したトナー及び外添剤は帯電ローラ（Ｂ）１４の方が＋電圧が大きいため、反発する力が帯電ローラ（Ａ）１３よりも大きく、帯電ローラ（Ａ）の方が＋に帯電した粒子の回収能力が高くなる。そのため、以上述べてきた方法と組み合わせることにより、さらに帯電ローラ（Ａ）１４による汚染物質の回収能力を上げることが可能となる。
【００４０】
なお、以上の説明では、帯電ローラを２つの場合を例に説明してきたが、これは２つだけに限らず、３つ、或いはそれ以上設置するようにしても良いことは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、長期にわたって安定して感光体ドラム１１を均一に帯電でき、しかも、オゾンなどの環境に悪影響を与える物質を発生しない帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の画像形成装置における、感光体ドラム１１とその周辺に配される画像形成プロセス手段の概略を示した図である。
【図２】帯電ローラが汚染物質によって汚染されることで表面抵抗が増加したとき、感光体ドラム１１の帯電極性にどのような影響を与えるかを調べたグラフである。
【図３】帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３における、帯電量比率を変化させたときのそれぞれの帯電ローラの抵抗値を調べたグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１１  感光体ドラム
１３、１４  帯電ローラ
１５  露光器
１７  現像器
１９  転写ローラ
２１  クリーニングブレード
２３  イレース手段
２５  クリーニングローラ
【図１】
2007094166.tif 000003
【図２】
2007094166.tif 000004
【図３】
2007094166.tif 000005